Warum hängt die Schallabsorption in Ozeanen vom pH-Wert ab?

Ich habe „The Sixth Extinction: An Unnatural History“ von Elizabeth Kolbert gelesen, und dort kommentiert sie dieses hohe Niveau C Ö 2 in der Atmosphäre senkt den pH-Wert der Ozeane (was sinnvoll ist) und verringert folglich die Schallabsorption:

WARUM ist die Ozeanversauerung so gefährlich? Die Frage ist nur schwer zu beantworten, weil die Liste der Gründe so lang ist. Je nachdem, wie streng Organismen ihre innere Chemie regulieren können, kann die Versauerung grundlegende Prozesse wie Stoffwechsel, Enzymaktivität und Proteinfunktion beeinträchtigen. Da es die Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften verändern wird, wird es die Verfügbarkeit wichtiger Nährstoffe wie Eisen und Stickstoff verändern. Aus ähnlichen Gründen verändert es die Lichtmenge, die durch das Wasser dringt, und aus etwas anderen Gründen verändert es die Art und Weise, wie sich Schall ausbreitet. (Im Allgemeinen wird erwartet, dass die Versauerung die Meere lauter macht.)

Ich verstehe zwar, dass die Schallabsorption von den Materialeigenschaften des Mediums abhängt, aber es ist für mich nicht trivial, dass saureres Wasser eine andere Absorption haben sollte als neutrales Wasser. Kann mir jemand den physikalischen Mechanismus dahinter erklären?

(Ich bin mir nicht ganz sicher, ob das hierher gehört, aber da es um Materialeigenschaften geht, dachte ich, es würde hier besser passen als in Chemie SE)

Antworten (2)

Obwohl es schwer zu glauben ist, hat der pH-Wert einen Einfluss auf die Schallabsorption im Wasser.

Es gibt einige Reaktionen, die durch Druck beeinflusst werden, dh Druck verändert ihr Gleichgewicht. Ein Beispiel ist das Gleichgewicht zwischen Borsäure und dem Boration:

B ( Ö H ) 4 − + H + → B ( Ö H ) 3 + H 2 Ö

Steigender Druck verschiebt die Reaktion nach rechts und nimmt dabei Energie auf. Diese Energie kommt von der Energie in der Schallwelle, so unwahrscheinlich es scheinen mag, dass die chemische Reaktion Schall absorbiert. Wenn der Druck abgelassen wird, bewegt sich die Reaktion zurück nach links, aber die Energie wird als Wärme freigesetzt, nicht als Schall. Das Nettoergebnis ist, dass Schallenergie in Wärme umgewandelt wird.

Das Problem mit einem gesenkten pH-Wert ist, dass, wenn Sie den pH-Wert senken, das Gleichgewicht nach rechts verschoben wird, sodass weniger Borat und mehr Borsäure vorhanden sind. Dadurch bleibt weniger Borat übrig, um den Schall zu absorbieren. Ein niedriger pH-Wert bedeutet also weniger Schallabsorption.

Wenn Sie interessiert sind, gibt es einen Artikel darüber in Scientific American und eine strengere wissenschaftliche Veröffentlichung hier (leider nicht online verfügbar). Lemon hat hilfreicherweise diesen Link zur Verfügung gestellt, Untersuchung der chemischen Schallabsorption in Meerwasser , und Googeln sollte Sie relevantere Veröffentlichungen finden.

Der Effekt ist sehr gering, nicht zuletzt, weil die Konzentrationen von Borsäure/Borat im Meerwasser gering sind. Schall breitet sich jedoch im Wasser über große Entfernungen aus – Hunderte von Kilometern. So kann schon eine kleine Veränderung in der Wasserchemie einen messbaren Effekt haben. Das erste der von mir verlinkten Papiere erwähnt Folgendes :

Die Schalldämpfung im Niederfrequenzbereich beruht hauptsächlich auf der Borsäurerelaxation und ist eine Funktion des Meerwasser-pH-Werts.

(meine Betonung)

Ob dieser Effekt tatsächlich groß genug ist, um Delfine zu betäuben, ist umstritten .

Dieses Papier liefert ein detailliertes Modell der verantwortlichen chemischen Reaktionen.
Können Sie Angaben zur Stärke dieses Effekts machen? Für wie viel Absorption ist es verantwortlich und wie ist es im Vergleich zum Gesamtabsorptionskoeffizienten anderer Mechanismen?
Gute Antwort! Und ich bin auch skeptisch gegenüber solchen Veränderungen, die zu Delfintaubheit führen. Die pH-Reduktion hat eine viel tiefgreifendere Wirkung auf Korallen und Schalentiere.
Erstaunliche Antwort, danke (und Zitrone) für Ihre Zeit (und für die Referenzen).
das Papier "leider nicht online verfügbar" scheint hier verfügbar zu sein: iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1307/6/46/462007/meta
@Federico Das ist nur die Zusammenfassung. Die Konferenz stellt leider nicht die vollständigen Papiere online.
Wenn also weniger saures Wasser mehr Energie absorbiert, würde das für jede Form von Energie gelten, wie z. B. kinetische Energie von etwas, das versucht zu schwimmen? Das heißt, würde der pH-Wert die Schwierigkeit beim Schwimmen im Wasser beeinflussen?
@DCShannon: Ich habe nie die Mechanik des Schwimmens studiert, aber ich vermute, dass der Beitrag der pH-Änderung zum Luftwiderstand vernachlässigbar sein wird. Der Widerstand wird von Trägheitskräften dominiert, dh der Energie, die benötigt wird, um das Wasser aus dem Weg zu beschleunigen. Ich nehme aber prinzipiell an, dass es einen Effekt geben würde, und sei er auch noch ein unermesslich kleiner.

Der Autor hätte sich konkreter zu diesem Thema äußern oder zumindest einen Hinweis geben sollen. Die Schallgeschwindigkeit im Wasser hängt vom Kompressionsmodul und der Dichte des Wassers ab. In den offenen Ozeanen sind die Faktoren, die die Schallgeschwindigkeit am stärksten beeinflussen, also der Salzgehalt, die Tiefe (Druck) und die Temperatur. Ich habe Meerestechnik studiert und Kurse in physikalischer und chemischer Ozeanographie, Unterwasserinstrumentensystemen usw. belegt, und ich glaube nicht, dass ich jemals etwas gesehen habe, das den pH-Wert mit der Schallgeschwindigkeit in Verbindung bringt.

Vielleicht dachte der Autor, dass Änderungen des pH-Werts mit dem Salzgehalt zusammenhängen. Es gibt eine Verbindung. Aber "Making the seas 'noiser'" scheint eine seltsame Aussage in Bezug auf die Schallgeschwindigkeit zu sein. Das ist eher ein Thema für Schallabsorption , aber ich sehe auch nicht, wie der pH-Wert das ändern könnte.

Um fair zu sein, erwähnt der Autor nie die Schallgeschwindigkeit.
Warum hängt die Schallabsorption in Ozeanen vom pH-Wert ab?
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